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Questions and Answers
¿Cuál es el papel principal de la ARN polimerasa durante la transcripción?
En eucariotas, ¿qué proteína media la unión de la ARN polimerasa al promotor?
Durante la elongación, ¿hacia qué dirección se sintetiza el ARNm?
¿Qué ocurre inicialmente cuando la ARN polimerasa se une al promotor?
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En la transcripción, ¿qué nucleótido reemplaza a la timina en el ARN?
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¿Cuál es la principal función del ARN mensajero (ARNm)?
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¿Qué caracteriza a los ARN mensajeros de eucariotes?
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¿Cuál de las siguientes opciones no es una característica del ácido ribonucleico (RNA)?
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¿Qué tipo de ARN codifica más de una proteína en procariotes?
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¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta sobre los intrones?
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¿Qué función desempeña la ARN polimerasa en el proceso de transcripción?
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¿Qué son los factores de transcripción?
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¿Cuál es la relación entre exones e intrones en un gen?
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¿Cuál es la función principal de la caperuza en el extremo 5' del ARNm?
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Durante la poliadenilación, ¿qué secuencia se agrega al extremo 3' del ARNm?
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¿Qué elemento reconoce la maquinaria de poliadenilación en el pre-ARNm?
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¿Cuál es el propósito de la proteína Rho en la terminación del ARNm en procariotas?
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¿Qué es el transcriptoma?
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¿Qué característica es común en el proceso de maduración del ARNm?
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¿Qué rol cumple la endonucleasa durante el proceso de poliadenilación?
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¿Cuál de las siguientes técnicas se considera cuantitativa para el análisis de la expresión génica?
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¿Cuál es uno de los objetivos del estudio del transcriptoma?
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¿Qué secuencia de nucleótidos se considera una señal de poliadenilación?
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¿Cuál es la función de la máquina de poliadenilación en las levaduras?
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¿Qué técnica permite estudiar la expresión de miles de transcritos simultáneamente?
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¿En qué parte de la célula ocurre la poliadenilación del ARNm?
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¿Cuál de estas afirmaciones es incorrecta sobre el transcriptoma?
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¿Cuál de los siguientes factores puede causar cambios en el transcriptoma?
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¿Qué ocurre con el ARNm tras la formación del bucle en la terminación?
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La técnica ARN-seq se utiliza para:
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La expresión de genes cambia con condiciones como:
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¿Cuál es la función de la proteína PABP en el ARNm?
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¿Qué regla describe la secuencia que delimitan los intrones en el ARN?
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¿Qué ocurre si no se eliminan los intrones del ARNm?
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¿Cuál es la consecuencia de fallos en la eliminación de intrones en el caso de la talasemia?
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¿Qué se necesita para llevar a cabo la adición de la cola de poli-A al ARNm?
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¿Qué inducción ocurre a través de la secuencia ARE en el ARNm?
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¿Qué papel juegan los complejos de unión exónica (EJC) en el ARNm?
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¿Qué puede suceder si aparece señal críptica de splicing dentro de un intrón?
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¿Cuáles son las posibles consecuencias de una mutación en la región del stop codón?
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¿Cómo se degrada el ARNm después de su función?
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¿Cuál es el proceso que convierte el RNA primario en ARNm maduro?
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¿Cuál es la función de las secuencias IRE en el UTR del ARNm?
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¿Cómo se afecta la expresión genética al analizar el transcriptoma celular?
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¿Cuál es el efecto de las estructuras secundarias en el ARNm?
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Study Notes
Dogma Central de la Biología Molecular
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La expresión génica es el proceso mediante el cual la información genética se utiliza para producir productos funcionales, como proteínas.
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El dogma central de la biología molecular describe el flujo de información genética: ADN → ARN → Proteína.
Estructura del Gen
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Los genes están formados por secuencias de nucleótidos de ADN que se encuentran a lo largo del genoma.
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Exones: Secuencias de ADN que codifican para una proteína.
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Intrones: Secuencias de ADN que no codifican para una proteína.
Ácido Ribonucleico (ARN)
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Las moléculas de ARN son más pequeñas que las de ADN.
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Son cadenas sencillas, aunque pueden presentar regiones de doble hélice debido a la complementariedad de bases.
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Tienen estructuras tridimensionales complejas.
Tipos de ARN
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ARN mensajero (ARNm): Contiene la información genética del ADN para la síntesis de proteínas. Determina el orden en que se unirán los aminoácidos.
- Los ARNm de eucariotas son monocistrónicos: codifican para una sola cadena polipeptídica.
- Los ARNm de procariotas son policistrónicos: codifican para más de una proteína.
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ARN ribosomal (ARNr): Forma parte de los ribosomas, los orgánulos celulares donde se produce la síntesis de proteínas.
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ARN transferencia (ARNt): Transporta aminoácidos específicos a los ribosomas para la síntesis de proteínas.
Moléculas Participantes en la Transcripción
- Factores de Transcripción:* Proteínas que se unen a secuencias consenso del ADN para iniciar la transcripción a ARN.
- ARN polimerasa:* Enzima que sintetiza el ARNm a partir de ADN. Une nucleótidos de ARN y funciona de manera similar a la ADN polimerasa.
ARN Polimerasas de Eucariotas
- ARN polimerasa I: Sintetiza precursores de ARN ribosomal.
- ARN polimerasa II: Sintetiza precursores de ARN mensajero y microARNs.
- ARN polimerasa III: Sintetiza ARN de transferencia y ARN ribosomal.
- ARN polimerasa mitocondrial o de cloroplastos: Transcripción del ARN mitocondrial o de cloroplastos.
Transcripción
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Es el proceso de transferencia de la información del ADN a la secuencia de proteína, utilizando ARN como intermediarios.
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Durante la transcripción:
- Se utiliza la ARN polimerasa.
- Se sintetiza un ARNm que conserva la información de la secuencia del ADN (la timina (T) se sustituye por uracilo (U)).
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Fases de la transcripción:
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Iniciación: La ARN polimerasa se une a una secuencia de iniciación (promotor) en la hebra molde de ADN.
- En procariotas, la ARN polimerasa se une directamente al promotor.
- En eucariotas, la unión está mediada por proteínas factor de iniciación.
- La unión de la ARN polimerasa genera cambios:
- Separación del ADN dúplex, formando una burbuja de transcripción.
- La ARN polimerasa inicia la síntesis del nuevo ARN por su extremo 5'.
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Elongación: La ARN polimerasa agrega nucleótidos complementarios a la hebra 3'-5' del ADN, sintetizando el ARNm en dirección 5'-3'.
- Se forma un dúplex ADN-ARN (facilita la lectura), que se separa poco después de su formación.
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Terminación: Se separa la ARN polimerasa y el ARNm de la hebra molde.
- En eucariotas: El proceso no es preciso, no existen señales de terminación exactas. La ARN polimerasa continúa la transcripción, incluyendo la secuencia no codificante 3'-UTR. Se forma un bucle en una región rica en G-C.
- En procariotas: La terminación es Rho-dependiente. Existe un sitio de unión para la proteína Rho en el ARNm. Rho se une a esta secuencia y se desplaza por el transcrito hasta alcanzar la ARN polimerasa. Esto detiene la transcripción y separa al ARNm de la ARN polimerasa y el molde de ADN.
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Iniciación: La ARN polimerasa se une a una secuencia de iniciación (promotor) en la hebra molde de ADN.
Procesamiento del ARNm
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El ARNm recién transcrito necesita ser procesado para convertirse en un ARNm maduro que pueda ser traducido a proteína.
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El procesamiento del ARNm incluye los siguientes pasos:
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Adición de la caperuza (cap) en el extremo 5': Se agrega una molécula de metilguanosina al extremo 5' del ARNm. Esto lo protege de la degradación y facilita la unión al ribosoma.
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Adición de la cola de poli (A) en el extremo 3': Es un proceso de maduración indispensable para la estabilidad del ARNm y la señalización para su salida del núcleo al citoplasma.
- Una Poli-A polimerasa agrega una secuencia de 60-80 adeninas (A) en levaduras, y hasta 250 en mamíferos.
- La señal de poliadenilación es AAUAAA, ubicada cerca del extremo 3' del pre-ARNm, y puede variar dependiendo del organismo.
- También están involucrados elementos DSE (downstream sequence element) ricos en U o GU.
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Eliminación de intrones:
- Los intrones son secuencias no codificantes que se transcriben al ARN.
- Se eliminan del transcrito primario por un proceso llamado splicing.
- El splicing se lleva a cabo mediante el ayustosoma, que reconoce los sitios de corte 5' (donador) y 3' (aceptor) del intrón.
- Los sitios de corte se encuentran en los extremos del intrón y comienzan con GU, terminando con AG (regla GT-AG).
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Splicing alternativo: Un único gen puede generar varias versiones de ARNm, con diferentes combinaciones de exones, generando proteínas con diferentes funciones.
- El orden en que se eliminan los intrones puede variar según la accesibilidad de la secuencia del intrón.
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Fallos en la eliminación de intrones
- Si no se eliminan los intrones, el ARNm no codifica para la proteína, lo que puede generar enfermedades como talasemia.
Splicing críptico
- Las mutaciones en el ADN pueden generar señales de corte para splicing criptico dentro de un intrón o un exón.
- Si la señal de splicing críptica se encuentra dentro de un intrón, el intrón se hace más corto y el exón más largo, alterando la secuencia de la proteína.
- Si la señal se encuentra dentro de un exón, el exón se hace más corto, y la proteína no se sintetiza correctamente.
- Las mutaciones en los límites de los intrones pueden generar splicing críptico, llevando a enfermedades como la progeria, que causa envejecimiento prematuro en niños.
Estabilidad y degradación del ARNm
- Las regiones UTR (Untranslated Region) 5' y 3' del ARNm ayudan a su estabilidad y lo protegen de la degradación.
- La degradación del ARNm puede ocurrir por:
- Estructuras secundarias debido a fallos en la eliminación de intrones.
- El ribosoma no puede leer el ARNm (no inicia la traducción).
- Mutaciones en la región codificante que generan una proteína incorrecta.
- Mutación en el codón de terminación del ARNm.
- Pérdida del codón de terminación.
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Factores que intervienen en la degradación:
- Exonucleasas: Estos enzimas degradan el ARNm desde los extremos 5' o 3' . Eliminan la cola de poli (A) y la caperuza 5', lo que promueve la desestabilización del ARNm.
- Complejos de unión exónica (EJC): Revisores de la traducción que se ubican en los puntos de unión de los exones. El ribosoma los elimina al traducir el ARNm. Si hay un codón de terminación prematuro, el EJC permanece y se desencadena la degradación del ARNm.
- Secuencias ARE (AUUUA): Le permiten unirse a las proteínas AREBP (ARE binding protein), lo que forma un complejo ribonucleoproteico que promueve la desadenilación, la eliminación de la caperuza 5' y la degradación del ARNm.
- Secuencias IRE (iron responsive element): Se encuentran en el UTR 3' de los ARNm de levaduras e inhiben el elemento desestabilizador en función de la concentración de hierro, regulando la expresión de genes.
Transcriptoma
- El conjunto de moléculas de ARN mensajero y ARN no codificante presentes en una célula o tejido.
- El estudio del transcriptoma permite: - Caracterizar perfiles de expresión génica. - Diagnóstico molecular de enfermedades. - Búsqueda de nuevas dianas moleculares. - Pronóstico y predicción de la respuesta terapéutica. - Estudio de la expresión de genes relacionados con el metabolismo.
- Los cambios en el transcriptoma de una célula se dan bajo ciertas circunstancias, como: - División celular. - Alteraciones en el medio ambiente. - Patologías. - La intensidad de expresión de un gen específica la función que tiene en una célula o condición en particular.
Técnicas para el análisis de la expresión génica
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Análisis cualitativo o semicuantitativo:
- Northern blot
- Hibridación in situ
- RT-PCR
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Análisis cuantitativo:
- RT-qPCR: permite medir la cantidad de ARNm de un gen especifico.
- Microarreglos: permiten analizar la expresión de miles de genes simultáneamente.
- Secuenciación de nueva generación (NGS): “transcriptoma completo”, secuenciación masiva de todas las moléculas de ARN presentes en una muestra.
- ARN-seq: permite la secuenciación del transcriptoma completo.
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Description
Este cuestionario explora el dogma central de la biología molecular y la estructura de los genes. Se abordará el flujo de información genética desde el ADN hasta las proteínas, así como las funciones y tipos de ARN. Ideal para estudiantes que quieren entender los fundamentos de la genética molecular.
